Дослідження можливих технічних рішень щодо запобігання тривалого існування ферорезонансних явищ у електромережах 10 кВ
Автор: Надточий Олександр Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена комплексному дослідженню умов виникнення, розвитку та методів запобігання тривалому існуванню ферорезонансних процесів (ФРП) у розподільчих електричних мережах напругою 10 кВ з ізольованою нейтраллю. Ферорезонанс належить до складних нелінійних електромагнітних явищ, що виникають унаслідок взаємодії магнітної індуктивності трансформатора напруги та ємностей електричних мереж, і характеризується появою субгармонічних та квазіперіодичних коливань, перенапруг, зростання струму намагнічування та теплових перевантажень [1]. У реальних мережах 6–10 кВ такі процеси мають імовірнісну природу, залежать від конфігурації мережі, величини ємнісного струму замикання на землю та нелінійних властивостей магнітопроводів трансформаторів напруги, що робить їх особливо небезпечними і складними для прогнозування [2], [3]. Проблематика ФРП має важливе прикладне значення, оскільки тривале існування субгармонічних коливань може призвести до пошкодження трансформаторів напруги, відмов релейного захисту, помилкових сигналів, зсуву нейтралі, спрацьовування вимикачів без команди, руйнування ізоляції та, як наслідок, до порушення електропостачання значних категорій споживачів [1], [4]. У мережах 10 кВ особливо небезпечними є режими зі струмом замикання Іс у межах 0,25…4 А, для яких літературні та експериментальні дані підтверджують високу ймовірність запуску ферорезонансу [5]. Об’єкт дослідження – ферорезонансні процеси в електричних мережах 10 кВ із ізольованою нейтраллю. Предмет дослідження – у мови розвитку ФРП та технічні рішення для їх надійного зриву в мережах із трансформаторами напруги типу НТМИ-10 і НАМИ-10. Мета роботи – підвищення електромагнітної стійкості та надійності мереж шляхом формування універсального методу зриву ФРП, ефективного для всього діапазону можливих режимів. Для виконання поставленої мети проведено детальний аналітичний огляд фізичних механізмів розвитку ферорезонансу, узагальнено характеристики різнотипних трансформаторів напруги та їхню роль у формуванні ферорезонансного контуру [1], [6]. Розроблено структурні та математичні моделі елементів електричної мережі, включно зі схемами заміщення трансформаторів напруги, магнітних кіл, ліній електропередач і шин. Моделювання виконано в програмному середовищі «RE», що дозволило визначити зони існування ФРП для типових конфігурацій підстанцій. Проведено чисельний аналіз впливу параметрів мережі, величини ємнісного струму, конструктивних особливостей ТН та типу навантаження на характер коливань. У роботі проаналізовано п’ять технічних підходів до зриву ФРП: підключення одно- та трифазних ємнісних елементів, підключення індуктивності, комбіновані схеми та метод під’єднання гасильного елемента до нейтралі трансформатора напруги. Установлено, що методи на основі ємнісних або індуктивних елементів ефективні лише в окремих діапазонах струмів Іс та не забезпечують універсальності, що узгоджується з сучасними результатами досліджень у галузі [3]. Наукова новизна роботи полягає у запропонуванні нового універсального методу демпфування ферорезонансних коливань шляхом підключення активного резистора до нейтралі обмотки високої напруги трансформатора. Такий підхід забезпечує стабільний зрив ФРП у всіх перевірених режимах, усуває субгармонічні та квазіперіодичні коливання, а також дозволяє підтримувати нормальний режим роботи ТН у період відсутності аварійних подій. Чисельні експериментальні дослідження підтвердили, що оптимальним значенням гасильного опору є R?5500 Ом, який забезпечує придушення ферорезонансу в усьому діапазоні Іс=0,25…2,5 А. Практичне значення полягає в можливості застосування запропонованого резистивного демпфера в існуючих схемах підстанцій без потреби суттєвої реконструкції первинних і вторинних кіл. Метод може бути впроваджений в електричних мережах операторів системи розподілу для підвищення надійності електропостачання, подовження ресурсу трансформаторів напруги та усунення ризику аварійних вимкнень [1], [5]. Отримані результати можуть бути використані при модернізації схем РЗА, створенні нових трансформаторів напруги з вбудованими демпферами та у подальших наукових дослідженнях динаміки нелінійних електромагнітних процесів.